用鈦制造表殼零件20世紀(jì)70年代后期始于美國和德國,當(dāng)時(shí)僅在高級手表制造中有所應(yīng)用,但是由于鈦的優(yōu)秀性能與其價(jià)格的逐步下降,鈦殼手表日漸增多,現(xiàn)在已相當(dāng)普及了,“跑”在了不銹鋼的前面了。
對手表殼體材料的要求可分為使用者要求和工藝加工性能要求。使用者的要求有:對人體無害、具有很強(qiáng)的生物相容性、使用時(shí)間長、抗刻痕、能長時(shí)間保持賞心悅目的亮晶晶的光澤;可用其設(shè)計(jì)出高雅美觀大方的產(chǎn)品。生物試驗(yàn)研究與實(shí)際使用證明,鈦及鈦合金與生物體液高度相容,而Hg、Ni、Sn、Co、Cr可引發(fā)人體皮膚過敏,不銹鋼含有Ni或Cr,因此,不銹鋼手表不宜某些人群佩帶,而鈦手表適宜所有人。
鈦的硬度雖不甚高,但經(jīng)過表面處理后,可在表面形成一層薄薄的氮與氧的固溶型擴(kuò)散層,硬度高、抗刻痕,而且仍保持著鏡面狀態(tài),不用著色,深受消費(fèi)者喜愛。
制表業(yè)界的要求是:原材料充裕,易采購,價(jià)格合理、穩(wěn)定,加工成形性(鍛造、切削、彎折)優(yōu)秀,表面處理(涂裝、電鍍等)性能良好。
表殼材料及零件表面處理工藝:用有機(jī)溶液將材料表面洗凈;裝入壓力10-4Pa的真空爐,固定穩(wěn)妥;將含有H2O的N2通入真空度10-4Pa的爐內(nèi);在730℃保持3小時(shí)后降溫冷卻。經(jīng)這種處理后,鈦上面形成氮-氧化合物層,厚20μm~30μm,硬度大于1000HV,最上面的5μm厚的表層含較多氮,而從5μm~30μm的下層合有較多氧。
刻痕試驗(yàn)表明,經(jīng)表面處理后鈦有很強(qiáng)的抗刻痕性,在顯微刻痕試驗(yàn)時(shí)未見刻痕;未經(jīng)處理的純鈦則絲狀刻痕累累、失去光澤,而硬化處理后的鈦表面仍保持著亮晶晶的表面。當(dāng)今,日本研發(fā)出經(jīng)表面處理的鈦合金,除有高的抗刻痕性外,還有較高的強(qiáng)度性能和良好的加工成形性能,可制得優(yōu)雅、美觀、大方的、深受市場歡迎的鈦合金手表。
鈦手表的一些大的外殼零件可用注射成型(MIM,metal Injection Molding)工藝制造,此工藝始于20世紀(jì)70年代中期,日本于20世紀(jì)80年代后期用此法批量生產(chǎn)手表零件(圖2)。注射成型工藝是注塑成形與粉末冶金技術(shù)相結(jié)合的工藝。
注射成形的具體工藝為:將金屬料末與有機(jī)黏結(jié)劑混勻制成顆料原料,將制得的原料放入注射成形機(jī)內(nèi),加熱成形,除去成形件中的黏結(jié)劑,加熱除去黏結(jié)劑的工件,燒結(jié)成粉末冶金制品。
此技術(shù)的關(guān)鍵是選擇適當(dāng)?shù)拟伔?。鈦粉有氣體霧化的與氫化的、氫化-脫氫的(HDH)。在MIM工藝中大都用霧化粉。霧化工藝可以制取高純的鈦粉,呈球狀。球狀粉體積最小,可以降低黏結(jié)劑用量。
黏結(jié)劑用量。有機(jī)黏結(jié)劑會使產(chǎn)品性能下降,因?yàn)槠浜虚g隙元素(C、O、N)而成為污染元兇,在確保產(chǎn)品質(zhì)量前提下,應(yīng)盡量少用黏結(jié)劑。
成形后盡快脫模。黏結(jié)劑在高溫成形過程中,若在模內(nèi)停留時(shí)間長,會產(chǎn)生氧化,因此脫模宜快。
脫脂、燒結(jié)。鈦粉在高溫下,易被間隙元素污染,必須采取相應(yīng)的預(yù)防措施。脫脂工藝有抽出法與加熱法,也有將它們結(jié)合起來的,可以縮短加熱時(shí)間。還應(yīng)注意,在燒結(jié)過程中由于使用高抽氣能力的真空泵,應(yīng)謹(jǐn)防周圍空氣中細(xì)微夾雜物造成的污染。
圖1 日本制的鈦手表
圖2 日本西鐵城鐘表公司的注射成形手表零件